设总体 X 的概率密度函数为[ f(x, lambda) = } (1)/(2lambda) e^-(x)/(2lambda) & x geq 0 0 & x A. 错B. 对
A. 错
B. 对
题目解答
答案
解析
本题考查极大似然估计的知识。解题思路是先根据总体的概率密度函数写出似然函数,再对似然函数取对数,然后求对数似然函数关于参数 $\lambda$ 的导数,令导数为 0 求解出 $\lambda$ 的极大似然估计值。
步骤一:写出似然函数
已知总体 $X$ 的概率密度函数为
$f(x, \lambda) = \begin{cases} \frac{1}{2\lambda} e^{-\frac{x}{2\lambda}} & x \geq 0 \\ 0 & x < 0. \end{cases}$
设 $(X_1, X_2, \cdots, X_n)$ 为来自总体 $X$ 的简单随机样本,似然函数 $L(\lambda)$ 为样本的联合概率密度函数,即:
$L(\lambda)=\prod_{i = 1}^{n}f(x_i,\lambda)$
因为当 $x_i\geq0$ 时,$f(x_i,\lambda)=\frac{1}{2\lambda} e^{-\frac{x_i}{2\lambda}}$,所以当所有 $x_i\geq0$ 时,有:
$L(\lambda)=\prod_{i = 1}^{n}\frac{1}{2\lambda} e^{-\frac{x_i}{2\lambda}}=\left(\frac{1}{2\lambda}\right)^n e^{-\frac{1}{2\lambda}\sum_{i = 1}^{n}x_i}$
步骤二:对似然函数取对数
为了方便计算,对似然函数 $L(\lambda)$ 取自然对数,得到对数似然函数 $\ln L(\lambda)$:
$\ln L(\lambda)=\ln\left[\left(\frac{1}{2\lambda}\right)^n e^{-\frac{1}{2\lambda}\sum_{i = 1}^{n}x_i}\right]$
根据对数的运算法则 $\ln(ab)=\ln a+\ln b$ 和 $\ln a^b = b\ln a$,可得:
$\ln L(\lambda)=n\ln\frac{1}{2\lambda}-\frac{1}{2\lambda}\sum_{i = 1}^{n}x_i=n\ln\frac{1}{2}+n\ln\frac{1}{\lambda}-\frac{1}{2\lambda}\sum_{i = 1}^{n}x_i$
步骤三:求对数似然函数关于 $\lambda$ 的导数
对 $\ln L(\lambda)$ 关于 $\lambda$ 求导:
$\frac{d\ln L(\lambda)}{d\lambda}=-\frac{n}{\lambda}+\frac{1}{2\lambda^2}\sum_{i = 1}^{n}x_i$
步骤四:令导数为 0 求解 $\lambda$
令 $\frac{d\ln L(\lambda)}{d\lambda}=0$,即:
$-\frac{n}{\lambda}+\frac{1}{2\lambda^2}\sum_{i = 1}^{n}x_i = 0$
方程两边同时乘以 $2\lambda^2$ 得到:
$-2n\lambda+\sum_{i = 1}^{n}x_i = 0$
移项可得:
$2n\lambda=\sum_{i = 1}^{n}x_i$
解得:
$\lambda=\frac{1}{2}\frac{\sum_{i = 1}^{n}x_i}{n}=\frac{1}{2}\bar{X}$
所以 $\lambda$ 的极大似然估计为 $\frac{1}{2}\bar{X}$,而不是 $\bar{X}$。